WO2005105389A1 - Method and device for joining at least two workpieces - Google Patents

Method and device for joining at least two workpieces Download PDF

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WO2005105389A1
WO2005105389A1 PCT/EP2005/004430 EP2005004430W WO2005105389A1 WO 2005105389 A1 WO2005105389 A1 WO 2005105389A1 EP 2005004430 W EP2005004430 W EP 2005004430W WO 2005105389 A1 WO2005105389 A1 WO 2005105389A1
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WO
WIPO (PCT)
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robot
workpieces
tool
aid
joining
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/004430
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ralf Bernhardt
Ralf Giessler
Mike PÄLMER
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimlerchrysler Ag filed Critical Daimlerchrysler Ag
Publication of WO2005105389A1 publication Critical patent/WO2005105389A1/en

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1682—Dual arm manipulator; Coordination of several manipulators
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39129—One manipulator holds one piece, other inserts, screws other piece, dexterity

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for connecting at least two workpieces.
  • a "moving" clamping system comprises a clamping tool which is attached to the robot arm of the welding robot together with the laser welding head and opposite this robot arm This allows relative movements of the clamping tool with respect to the laser beam and with respect to the robot arm, which relative movements can take place simultaneously with the laser welding.
  • the range of motion of the clamping tool compared to the laser welding head is very limited, so that - especially for complicated welding tasks with high demands on the clamping technology - spatial impairments of the connection area by the clamping tool and / or time delays due to slower positioning of the clamping tool can still occur.
  • the invention is therefore based on the object of proposing a method which - even and especially in the case of complex joining problems - permits greater variability and better accessibility of the connection areas and which enables fast, process-reliable connection of two workpieces, in particular by laser welding. Furthermore, the invention has for its object to provide a device for performing this method.
  • a joining tool for example a welding head of a laser welding device
  • a joining tool moves while the workpieces to be connected are moved and / or clamped relative to this joining tool with the aid of a second robot.
  • the movement sequences of the two robots are coupled in such a way that one of the two robots acts as the "master", while the other robot is connected as a "slave” to the movement control of the "master".
  • the relative movements of the associated clamping or joining tools can be optimized according to the application.
  • the coupling of the two robots ensures that the movements of the tools are coordinated.
  • transport or clamping times during which the workpieces are moved within the joining station or clamped in the assembled position with the aid of the robot-guided clamping tool can be used to carry out joining operations; this leads to a considerable reduction in the non-productive transport or clamping times.
  • the movements of the coupled robots can be coordinated with one another taking into account the respective application in such a way that the best possible accessibility of the connection areas for the joining tool is achieved and workpieces of complicated geometry can also be connected to one another in a process-reliable manner.
  • the device according to the invention can be operated in the factory environment as part of a production system which is recognized as an autonomous unit by the programmable logic controller (PLC) of the production system. If the PLC initiates a joining process of the device, the movement of the two robots and their tools is carried out completely autonomously, with the program control of the "master” robot taking over the control of the device. This means that there is no need for a comparison between the PLC and the individual robots, which means modularization and increased flexibility of the Manufacturing facility as a whole is achieved.
  • PLC programmable logic controller
  • the invention is particularly suitable for joining components using a welding process, preferably using laser welding.
  • a preferred application relates to the joining of sheet metal components, in particular structural components in vehicle construction, with the aid of laser welding.
  • Another application relates to the joining of sheet metal parts for vehicle unit construction with the aid of arc welding and / or with the aid of hybrid welding processes.
  • the joining tool is mounted on a first robot.
  • the workpieces to be connected are held in a clamping tool, which is moved with the help of a second robot.
  • the clamping tool comprises a suitable number of clamping elements which engage selected areas of the workpieces to be connected and fix them in the assembled position relative to one another.
  • the second robot moves the workpieces fixed in the clamping tool towards the joining tool, which in turn is moved with the help of the first robot.
  • the "master" - “slave” coupling of the two robot controls enables the clamping tool and the joining tool to cooperate autonomously and, by means of suitable relative movements, to achieve that the clamped workpieces are presented to the joining tool in such a way that optimal accessibility of the connection areas for the joining tool is ensured. Furthermore, the movements of the joining tool and the clamping tool can overlap in time, so that joining operations can be carried out during the movement of the workpieces and the (otherwise non-productive) transport and positioning times can be used productively.
  • the clamping elements of the robot-guided clamping tool can be activated together or separately.
  • the workpieces to be connected are advantageously placed in a reproducible manner in the clamping tool, whereupon the clamping elements are actuated simultaneously in order to clamp the workpieces in this relative position (i.e. the desired assembly position) with respect to one another; the control effort required for clamping the workpieces is then minimal.
  • the clamping tool is preferably provided with stops, contour-adapted receiving elements, etc., which receive the workpieces in a clear manner; alternatively or additionally, the exact position of the workpieces in the clamping tool can be determined with the help of additional measuring devices (e.g. optical, inductive or tactile sensors), which can be attached to the clamping tool or arranged in a fixed position.
  • additional measuring devices e.g. optical, inductive or tactile sensors
  • a large number of clamping elements is required for high-precision fixing of the workpieces in the connection area - as is necessary, for example, in laser welding - which can lead to the clamping tool being very heavy with large workpieces.
  • several robots can be used, which together carry the clamping tool. It can be advantageous to open the clamping tool len in several sub-clamping tools that fix the workpieces to be connected in different areas and that are moved with the help of separate robots. These sub-clamping tools can be firmly connected to one another and can form a single rigid clamping tool (which is then carried by several robots).
  • the robots that carry the sub-clamping tools and the robot that moves the joining tool cooperate in the sense of a "master” - “slave” coupling, in which one robot acts as the "master” of the movements of the other (" Slave "-) robot coordinates.
  • the workpieces to be joined are stored fixed in space during the joining.
  • the first robot carries the joining tool;
  • the second robot carries a clamping tool with which the workpieces to be connected are clamped locally (in particular in the connection area currently being processed by the joining tool).
  • the robot-guided clamping tool fixes the two workpieces relative to each other in a spatially narrow area in such a way that an optimal joining result is achieved in this area. If, for example, two coated metal sheets are to be connected by laser welding, these metal sheets are clamped locally in such a way that a joint gap of a predetermined size is present in the connection areas between them, through which the vapors and gases emerging during welding can escape.
  • the coupling of the two robots enables the joining tool to cooperate with the clamping tool, which ensures optimal coordination and, if necessary, a temporal overlay of the movement sequences of the tools.
  • the workpieces are joined in two stages. First, the workpieces to be joined are tacked in the assembled position. The assembly of the two workpieces created in this way is then moved or positioned with respect to a robot-guided joining tool with the aid of a robot-guided clamping tool, and the two workpieces are connected with the aid of the joining tool. The two robots, which carry the clamping tool and the joining tool, cooperate in the sense of a "master" - "slave” coupling.
  • the sheets are preferably first tacked by spot welding and then joined by laser welding.
  • the workpieces are expediently fixed in a (stationary) system and dotted at selected points using a robot-guided spot welding gun.
  • the tacked assembly is then laser welded by being picked up by the robot-guided clamping tool and moved relative to the robot-guided laser welding head.
  • the method according to the invention is also particularly suitable for hybrid welding of two workpieces.
  • the workpieces are clamped or fixed (and possibly moved) with the aid of a robot-guided clamping tool, while the two welding heads used for hybrid welding - for example a laser welding head and an arc welding head - are moved relative to the workpieces with the help of two separate robots. All three robots cooperate in the sense of a "master" - "slave” coupling.
  • Figure 1 is a schematic representation of a device according to the invention in a first embodiment.
  • 2 shows a detailed view of a connection area when connecting two workpieces with the aid of laser welding:
  • FIG. 2a start of laser welding in a first connection area
  • FIG. 2b end of laser welding in the first connection area
  • 2c Start of laser welding in a further connection area;
  • 3 shows a schematic representation of a device according to the invention in a second embodiment
  • 4 shows a schematic illustration of a device according to the invention in a third embodiment;
  • Fig. 5 is a schematic representation of a device according to the invention with several cooperating joining and clamping tools.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device 1 according to the invention for joining two workpieces 2, 3 made of sheet metal, the device 1 being part of a production system 4.
  • the device 1 comprises a first robot 5 with a robot hand 6, to which a laser welding head 7 with a scanning facial expression (not shown in FIG. 1) is attached.
  • This robot 5 includes a first control system 8, which contains a program control for controlling the movement of the first robot 5 and for activating the laser welding head 7 and the scanning facial expressions.
  • the device 1 comprises a second robot 9 with a robot hand 10 to which a clamping tool 11 is attached.
  • This second robot 9 includes a second control system 12, which contains a program control for controlling the movement of the second robot 9 and for actuating the clamping tool 11.
  • robot is intended to refer to a multi-axis (usually six-axis) industrial robot.
  • a "program control” is to be understood to mean a control program which - depending on the application - has both control and regulation tasks of the robot and / or of the robot Robot moving tool can take over.
  • the workpieces 2, 3 to be connected are fixed in the desired assembly position in the clamping tool 11 with the aid of clamping elements 13.
  • stops 14 or receiving elements 15 are provided which align the workpieces 2, 3 in a clear manner with respect to one another and with respect to the clamping tool 11. This is necessary in order to be able to determine the exact position of the workpieces 2, 3 in a coordinate system 16 of the second robot 9.
  • a spatially fixed sensor 17 in the exemplary embodiment of FIG.
  • an optical sensor 17a can be provided, with the aid of which the position of the workpieces 2, 3 in the coordinate system 16 of the second robot 9 is determined the robot 9 brings the clamping tool 11 with the workpieces 2, 3 fixed thereon into predetermined orientations with respect to the sensor 17a and the position of the workpieces 2,3 with respect to a reference position on the clamping tool 11 is calculated from the measured values of the sensor 17a.
  • the program controls of the two robots 5, 9 are coupled in such a way that the movement sequences of the robots 5, 9 and the tools 7, 11 carried by them are coordinated.
  • One of the robots - for example the first robot 5 - serves as a "master” robot, the movements of which are followed by the other, so-called “slave” robot - in this case the second robot 9.
  • the "master” robot 5 Bringing and activating the laser welding head 7 into a predetermined spatial position, it aligns the movements of the “slave” robot 9 according to its desired path, so that the “slave” robot 9 converts the clamping tool 11 and the workpieces 2, 3 held therein into a corresponding one Moves position and orientation in which a connection area 18 is located on the workpieces 2, 3 in the focus of a laser beam 19 of the laser welding head 7.
  • the spatial reference of the laser welding head 7 guided by the “master” robot 5 to the workpieces 2, 3 moved by the “slave” robot 9 is retained at all times.
  • a control principle with the aid of which such a “master” - “slave” coupling can be achieved is described, for example, in EP 752 633 AI, the content of which is hereby incorporated into the present application.
  • the device 1 represents an autonomous unit that can be connected to a memory-programmed production control (PLC 20) in the factory environment 4;
  • PLC 20 then activates processes in the “master” robot 5, which in turn then carries out predetermined program steps and in the process carries and commands the “slave” robot 9 coupled to it.
  • the robots 5.9 do not need to be permanently coupled to one another.
  • the robots 5, 9 can only cooperate with one another for specific work steps;
  • the robots 5, 9 can carry out other work steps completely independently of one another, in which case the actions of each robot 5, 9 are triggered separately from the PLC 20 of the production system 4.
  • the two workpieces 2, 3 to be connected are inserted into the clamping tool 11 in a loading station (not shown in FIG. 1); the stops 14 or receiving elements 15 ensure that the workpieces 2, 3 are reproducibly received in the assembled position in the clamping tool 11.
  • the workpieces 2, 3 are then fixed in this assembled position by simultaneous clamping of the clamping elements 13.
  • the workpieces 2, 3 can be picked up and fixed in the clamping tool 11 of the second robot 9 independently of the movements of the first robot 5, so that the first robot 5 can perform another welding task, for example, during these steps;
  • the PLC 20 of the production plant 4 acts separately on both robots 5,9.
  • the program control of the second robot 9 (as a “slave”) is coupled to the program control of the first robot 5 (as a “master”) at the latest when the clamping of the workpieces 2, 3 in the clamping tool 11 has been completed. From this point in time, the PLC 20 no longer directly access the “slave” robot 9, but all movements of the “slave” robot 9 and the clamping frame 11 fixed thereon are coordinated by the “master” robot 5.
  • the two robots 5.9 cooperate in such a way that the “slave” robot 9 moves the workpieces 2, 3 carried by it into certain predetermined spatial positions, which are selected such that a predetermined connection area 18 on the workpieces 2, 3 for the with the aid of the "Master” robot 5 is easily accessible to the moving laser welding head 7; then the laser welding head 7 is activated and welding is carried out in the connection area 18 with the aid of the laser beam 19.
  • the laser beam 19 is then directed onto a further connection area 18a of the workpieces 2, 3. This can be achieved by -
  • the laser beam 19 is directed onto the further connection area 18a with the aid of the scanning facial expression contained in the laser welding head 7 and / or
  • the laser welding head 7 is moved with the aid of the “master” robot 5 relative to the clamping tool 11 until it comes to rest with respect to the further connection area 18a and / or
  • the clamping tool 11 is moved with the aid of the “slave” robot 9 with respect to the laser welding head 7 until the further connection region 18a with respect to which it comes to lie with respect to the laser welding head 7.
  • FIGS. 2a to 2c Here, the clamping tool 11 with the workpieces 2, 3 fixed thereon is continuously shifted with respect to the laser welding head 7 with the aid of the “slave” robot 9 (not shown in FIG. 2) (arrow 21). At the same time, the laser beam 19 is directed into a first connection area 18 and activated there (FIG.
  • the scanning facial expression of the laser welding head 7 guides the laser beam 19 in relation to the moving workpieces 2, 3 such that a first laser weld seam 22 is created in the connection area 18 ( Figure 2b)
  • the laser beam 19 is then deactivated and directed with the aid of the scanning facial expression to a further connection area 18a, where the laser beam 19 is activated for a further weld 22a.
  • FIG. 3 shows a schematic view, not to scale, of a further embodiment of the invention Device 1 ':
  • the workpieces 2', 3 'to be connected, two molded components made of sheet metal, are stored in an assembled holding device 23 in the assembled position.
  • the first robot 5 ' carries the laser welding head 7' on its hand 6 'and is connected to the control system 8', which contains the program control for controlling the movement of this first robot 5 'and for activating the laser welding head 7'.
  • the second robot 9 ' carries a clamping tool 11' on its robot hand 10 ', with the aid of which a selected connection area 18' can be clamped on the workpieces 2 ', 3'; Furthermore, the second robot 9 'is connected to the control system 12', which contains the program control for controlling the movement of this second robot 9 'and for actuating the clamping tool 11'.
  • the two robots 5 ', 9' are coupled to one another in such a way that they can - as described above - be operated in a "master" - "slave” mode.
  • the clamping tool 11 ' is provided with a pressure element 24, with the aid of which a joining gap 26 of a predetermined height 27 can be set in the connection area 18' between the sheets 2 ', 3' to be welded.
  • the pressure element 24 is a rotatably mounted pressure roller 25, which can be rolled along the connection areas 18 'and which is designed in such a way that it presses the gaping sheets 2', 3 'onto one another in the connection area 18', so as to to reach the predetermined gap height 26.
  • the operation of such a pressure element 24 is described for example in DE 102 18 179 AI.
  • pressure elements 24 can be provided, which are designed as pressure fingers or as (mutually movable) tension fingers and are moved with the help of the robot 9 'along the connection areas 18'.
  • FIG. 4 A third embodiment of the invention is shown in FIG. 4.
  • the workpieces 2 ", 3" to be connected are first stapled in a stapling station 28 before they are connected with the aid of the device 1 "according to the invention.
  • the workpieces 2 ", 3" are then stapled in selected areas with the aid of a stapling device 29, for example a robot-guided spot welding gun 30.
  • This stitching creates an assembly 31 of the workpieces 2 ", 3" in which the workpieces 2 ", 3" are fixed to one another in the desired assembly position.
  • This assembly 31 is fed to the robot-guided clamping tool 11 "of the device 1" or received by the robot-guided clamping tool 11 ".
  • the subsequent connection of the assembly 31 held in the clamping tool 11" by the robot-guided laser welding head 7 " is carried out analogously to the first embodiment described above (FIG.
  • the clamping tool 11 can now be made considerably lighter and simpler than due to the upstream stitching of the workpieces 2", 3 " the clamping tool 11 of FIG. 1.
  • the clamping elements 13 "of the clamping tool 11” only have to hold the stitched assembly 31 stably on the robot hand 10 "of the second robot 9", but do not clamp and fix the two workpieces in a predetermined relative position.
  • the tensioning tool 11 is thus of a considerably simpler design (and much lighter in terms of its weight) than the tensioning tool 11 of the embodiment in FIG. 1.
  • the device 1, 1 ′, 1 ′′ can also comprise further robots, which are also integrated into the robot cooperation.
  • a clamping tool 11 is carried by the two robots 9a, 9b with associated program controls (in control systems 12a, 12b) which are coupled to one another.
  • the clamping tool 11 comprises two separate sub-clamping tools 11a, 11b, the lower clamping tool 11b of the robot 9b being covered by the workpiece 3 in the view in FIG. 5.
  • the program controls of the clamping robots 9a, 9b and the welding robot 5a cooperate, for example, in such a way that the welding robot 5a is the "master" to which the two clamping robots 9a, 9b are coupled as "slaves". - Furthermore, in the exemplary embodiment in FIG.
  • the workpieces 2 ', 3' to be connected can be clamped locally with a plurality of robots 9 ', 9a', each of which carries a clamping tool 11 ', 11a' and whose program controls are linked to the program control of the welding robot 5 ' cooperate in the sense of a "master" - “slave”coupling; then the workpiece area 18 'currently being machined by the joining tool 7' can be fixed with the aid of a first clamping tool 11 ', while a further clamping tool 11a' is already being placed on the workpieces 2 ', 3' in a connection area 18a 'which is soon to be machined.
  • the laser welding system can be optimal in this way be exploited.
  • the invention can be used for gluing workpieces, the two workpieces to be glued being moved before gluing with the aid of clamping tools which are carried by separate but coupled robots.
  • FIG. 5 thus shows a device with two joining robots 5a, 5b and two clamping robots 9a, 9b, which cooperate with one another via a “master” - “slave” coupling.
  • the two welding robots 5a, 5b are equipped with different welding systems (e.g. a laser welding head and a MIG welding head), this device 1 can be used to carry out a hybrid welding process in which the different welding systems are moved with the aid of separate but coupled robots 5a, 5b become.
  • the invention can be applied to any joining method, in particular for laser welding, for MIG or MAG welding, for spot welding as well as for gluing, for riveting and for joining workpieces.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

The invention relates to a method and a device (1) for joining at least two workpieces (2, 3) using a joining tool (7) that is displaced by a first robot (5) in space. The two workpieces (2, 3) are displaced or clamped using a clamping tool (11) that is carried by a second robot (9). A first program control controls the displacement of the first robot (5) and activates the joining tool (7). A second program control controls the displacement of the second robot (9) and actuates the clamping tool (11). The two program controls are coupled with each other in such a manner that one of the two robots (5) is the 'master' while the other robot is the 'slave' (9) and is linked with the displacement control of the 'master' (cooperating robots).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von mindestens zwei Werkstücken Method and device for connecting at least two workpieces
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einer Vorrichtung zum Verbinden von mindestens zwei Werkstücken.The invention relates to a method and a device for connecting at least two workpieces.
Im Rohbau von Fahrzeugkarosserien wurde zum Fügen von Werkstücken aus Metallblech herkömmlicherweise zumeist das Widerstands-Punktschweißen verwendet. In neuerer Zeit wird verstärkt das robotergestützte Laserschweißen eingesetzt, bei dem ein Laserschweißkopf mit Hilfe eines Roboters gegenüber den zu verschweißenden Werkstücken bewegt und ausgerichtet wird. Das Laserschweißen hat gegenüber herkömmlich verwendeten Schweißverfahren den Vorteil einer höheren Flexibilität, da durch gezieltes Aktivieren des Lasers sowohl punkt- als auch linienförmige Verbindungsbereiche erzeugt werden können; weiterhin können mit Hilfe des Laserschweißens sehr hohe Fügegeschwindigkeiten erreicht werden, wenn der Laserschweißkopf mit einer Scanmimik versehen ist, die den Laserstrahl - unabhängig von der ergleichsweisen trägen Bewegung des Roboters - in einem bestimmten Arbeitsbereich frei positioniert.'In the bodyshell of vehicle bodies, resistance spot welding has traditionally been used to join metal sheet workpieces. More recently, robot-assisted laser welding is increasingly used, in which a laser welding head is moved and aligned with the help of a robot in relation to the workpieces to be welded. Laser welding has the advantage of a higher flexibility compared to conventionally used welding processes, since by activating the laser in a targeted manner, both point and line-shaped connection areas can be created; Furthermore, with the help of laser welding, very high joining speeds can be achieved if the laser welding head is provided with scanning facial expressions that position the laser beam freely in a certain working area, regardless of the comparatively slow movement of the robot. '
Allerdings stellt das Laserschweißen hohe Anforderungen an die Spanntechnik, da die zu verbindenden Metallbleche hochgenau zueinander positioniert und beabstandet sein müssen, um ein qualitativ hochwertiges Fügeergebnis sicherzustellen. Die eingesetzten stationären Spannvorrichtung umfassen daher oftmals eine Vielzahl von Spannelementen, was die Zugänglichkeit des Verbindungsbereichs für den Laserschweißkopf erheblich einschränkt und erschwert. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, kann - wie beispielsweise in der (unveröffentlichten 10 2004 002 590.8) vorgeschlagen wird - ein „mitlaufendes" Spannsystem eingesetzt werden: Dieses umfasst ein Spannwerkzeug, das gemeinsam mit dem Laserschweißkopf am Roboterarm des Schweißroboters befestigt ist und gegenüber diesem Roboterarm bewegt werden kann. Dadurch sind Relativbewegungen des Spannwerkzeugs gegenüber dem Laserstrahl und gegenüber dem Roboterarm möglich, wobei diese Relativbewegungen gleichzeitig mit dem Laserschweißen erfolgen können.However, laser welding places high demands on the clamping technology, since the metal sheets to be connected must be positioned and spaced apart with high precision in order to ensure a high-quality joining result. The stationary clamping device used therefore often include a large number of clamping elements, which means accessibility the connection area for the laser welding head is considerably restricted and difficult. In order to avoid this difficulty, as is suggested in (unpublished 10 2004 002 590.8), a "moving" clamping system can be used: This comprises a clamping tool which is attached to the robot arm of the welding robot together with the laser welding head and opposite this robot arm This allows relative movements of the clamping tool with respect to the laser beam and with respect to the robot arm, which relative movements can take place simultaneously with the laser welding.
Allerdings ist der Bewegungsraum des Spannwerkzeugs gegenüber dem Laserschweißkopf sehr begrenzt, so dass - insbesondere bei komplizierten Schweißaufgaben mit hohen Anforderungen an die Spanntechnik - nach wie vor räumliche Beeinträchtigungen des Verbindungsbereichs durch das Spannwerkzeug und/oder zeitliche Verzögerungen aufgrund langsameren Positionierung des Spannwerkzeugs auftreten können.However, the range of motion of the clamping tool compared to the laser welding head is very limited, so that - especially for complicated welding tasks with high demands on the clamping technology - spatial impairments of the connection area by the clamping tool and / or time delays due to slower positioning of the clamping tool can still occur.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, das - auch und gerade im Falle komplexer Fügeprobleme - eine höhere Variabilität und bessere Zugänglichkeit der Verbindungsbereiche gestattet und das ein schnelles, prozesssicheres Verbinden zweier Werkstücke, insbesondere durch Laserschweißen, ermöglicht. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen.The invention is therefore based on the object of proposing a method which - even and especially in the case of complex joining problems - permits greater variability and better accessibility of the connection areas and which enables fast, process-reliable connection of two workpieces, in particular by laser welding. Furthermore, the invention has for its object to provide a device for performing this method.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1, 10 und 12 gelöst.The object is achieved by the features of claims 1, 10 and 12.
Danach wird ein Fügewerkzeug (z.B. ein Schweißkopf einer Laserschweißvorrichtung) mit Hilfe eines ersten Roboters be- wegt, während die zu verbindenden Werkstücke mit Hilfe eines zweiten Roboters gegenüber diesem Fügewerkzeug bewegt und/oder gespannt werden. Die Bewegungsabläufe der beiden Roboter sind dabei in einer solchen Weise gekoppelt, dass einer der beiden Roboter als der „Master" fungiert, während der andere Roboter als „Slave" an die Bewegungssteuerung des „Masters" angebunden ist .Then a joining tool (for example a welding head of a laser welding device) is loaded with the aid of a first robot. moves while the workpieces to be connected are moved and / or clamped relative to this joining tool with the aid of a second robot. The movement sequences of the two robots are coupled in such a way that one of the two robots acts as the "master", while the other robot is connected as a "slave" to the movement control of the "master".
Indem das Positionieren bzw. Spannen der Werkstücke einerseits und das Positionieren des Fügewerkzeugs andererseits mit Hilfe getrennter Roboter durchgeführt wird, können die Relativbewegungen der zugehörigen Spann- bzw. Fügewerkzeuge dem Anwendungsfall entsprechend optimiert werden. Die Kopplung der beiden Roboter stellt dabei sicher, dass die Bewegungen der Werkzeuge koordiniert ablaufen. Dadurch können Transport- bzw. Spannzeiten, während derer die Werkstücke mit Hilfe des robotergeführten Spannwerkzeugs innerhalb der Fügestation bewegt bzw. in Zusammenbaulage gespannt werden, für die Durchführung von Fügeoperationen genutzt werden; dies führt zu einer erheblichen Reduktion der nichtproduktiven Transport- bzw. Spannzeiten. Weiterhin können die Bewegungen der gekoppelten Roboter unter Berücksichtigung des jeweiligen Anwendungsfalls in einer solchen Weise aufeinander abgestimmt werden, dass eine bestmögliche Zugänglichkeit der Verbindungsbereiche für das Fügewerkzeug erreicht wird und auch Werkstücke komplizierter Geometrie prozesssicher miteinander verbunden werden können.By positioning or clamping the workpieces on the one hand and positioning the joining tool on the other using separate robots, the relative movements of the associated clamping or joining tools can be optimized according to the application. The coupling of the two robots ensures that the movements of the tools are coordinated. As a result, transport or clamping times during which the workpieces are moved within the joining station or clamped in the assembled position with the aid of the robot-guided clamping tool can be used to carry out joining operations; this leads to a considerable reduction in the non-productive transport or clamping times. Furthermore, the movements of the coupled robots can be coordinated with one another taking into account the respective application in such a way that the best possible accessibility of the connection areas for the joining tool is achieved and workpieces of complicated geometry can also be connected to one another in a process-reliable manner.
Aufgrund der „Master" -„Slave" -Kopplung der beiden Roboter kann die erfindungsgemäße Vorrichtung im Fabrikumfeld als Teil einer Fertigungsanlage betrieben werden, die von der speicherprogrammierten Steuerung (SPS) der Fertigungsanlage als autonome Einheit erkannt wird. Wenn die SPS einen Fü- geprozess der Vorrichtung anstößt, werden die zur Durchfüh- rung des Fügeprozesses notwendigen Bewegungsabläufe der beiden Roboter und ihrer Werkzeuge vollkommen autonom durchlaufen, wobei die Programmsteuerung des „Master" -Roboters die Steuerung der Vorrichtung übernimmt . Dadurch kann ein Abgleich zwischen SPS und den einzelnen Robotern entfallen, wodurch eine Modularisierung und eine erhöhte Flexibilität der Fertigungsanlage als Ganzes erreicht wird.Due to the "master" - "slave" coupling of the two robots, the device according to the invention can be operated in the factory environment as part of a production system which is recognized as an autonomous unit by the programmable logic controller (PLC) of the production system. If the PLC initiates a joining process of the device, the movement of the two robots and their tools is carried out completely autonomously, with the program control of the "master" robot taking over the control of the device. This means that there is no need for a comparison between the PLC and the individual robots, which means modularization and increased flexibility of the Manufacturing facility as a whole is achieved.
Die Erfindung eignet sich insbesondere zum Fügen von Bauteilen mit Hilfe eines Schweißverfahrens, vorzugsweise mit Hilfe des Laserschweißens. Eine bevorzugte Anwendung betrifft das Fügen von Bauteilen aus Metallblech, insbesondere von Strukturbauteilen im Fahrzeugbau, mit Hilfe des Laserschweißens. Eine weitere Anwendung betrifft das Fügen von Metallblechteilen für den Fahrzeug-Aggregatebau mit Hilfe des Lichtbogenschweißens und/oder mit Hilfe von Hybridschweißverfahren.The invention is particularly suitable for joining components using a welding process, preferably using laser welding. A preferred application relates to the joining of sheet metal components, in particular structural components in vehicle construction, with the aid of laser welding. Another application relates to the joining of sheet metal parts for vehicle unit construction with the aid of arc welding and / or with the aid of hybrid welding processes.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist das Fügewerkzeug an einem ersten Roboter montiert. Die zu verbindenden Werkstücke werden in einem Spannwerkzeug gehalten, welches mit Hilfe eines zweiten Roboters bewegt wird. Das Spannwerkzeug umfasst eine geeignete Anzahl von Spannelementen, welche an ausgewählten Bereichen der zu verbindenden Werkstücke angreifen und diese in Zusammenbaulage relativ zueinander fixieren. In Abhängigkeit von der Komplexität der Werkstücke bzw. der Fügeaufgabe kann hierfür eine große Zahl von Spannelementen notwendig sein, welche die Zugänglichkeit der Verbindungsbereiche für das Fügewerkzeug erheblich beschränken. Der zweite Roboter bewegt die in dem Spannwerkzeug fixierten Werkstücke gegenüber dem Fügewerkzeug zu, das seinerseits mit Hilfe des ersten Roboters bewegt wird. Durch die „Master" - „Slave" -Kopplung der beiden Robotersteuerungen können dabei das Spannwerkzeug und das Fügewerkzeug autonom kooperieren und durch geeignete Relativbewegungen erreichen, dass die ge- spannten Werkstücke dem Fügewerkzeug in einer solchen Weise dargeboten werden, dass eine optimale Zugänglichkeit der Verbindungsbereiche für das Fügewerkzeug gewährleistet ist. Weiterhin können die Bewegungen des Fügewerkzeugs und des Spannwerkzeugs zeitlich überlappen, so dass Fügeoperationen während der Bewegung der Werkstücke durchgeführt und somit die (ansonsten nicht produktiven) Transport- und Positionierzeiten produktiv genutzt werden können.In a first embodiment of the invention, the joining tool is mounted on a first robot. The workpieces to be connected are held in a clamping tool, which is moved with the help of a second robot. The clamping tool comprises a suitable number of clamping elements which engage selected areas of the workpieces to be connected and fix them in the assembled position relative to one another. Depending on the complexity of the workpieces or the joining task, a large number of clamping elements may be necessary for this, which considerably restrict the accessibility of the connection areas for the joining tool. The second robot moves the workpieces fixed in the clamping tool towards the joining tool, which in turn is moved with the help of the first robot. The "master" - "slave" coupling of the two robot controls enables the clamping tool and the joining tool to cooperate autonomously and, by means of suitable relative movements, to achieve that the clamped workpieces are presented to the joining tool in such a way that optimal accessibility of the connection areas for the joining tool is ensured. Furthermore, the movements of the joining tool and the clamping tool can overlap in time, so that joining operations can be carried out during the movement of the workpieces and the (otherwise non-productive) transport and positioning times can be used productively.
Die Spannelemente des robotergeführten Spannwerkzeugs können gemeinsam oder getrennt aktivierbar sein. Vorteilhafterweise werden die zu verbindenden Werkstücke in reproduzierbarer Weise in das Spannwerkzeug eingelegt, woraufhin die Spannelemente gleichzeitig betätigt werden, um die Werkstücke in diese Relativlage (d.h. der gewünschten Zusammenbaulage) zueinander zu klemmen; der für das Spannen der Werkstücke erforderliche Steuerungsaufwand ist dann minimal . Um eine reproduzierbare Ausrichtung der Werkstücke in dem Spannwerkzeug zu erreichen, ist das Spannwerkzeug vorzugsweise mit Anschlägen, konturangepassten Aufnahmeelementen etc. versehen, die die Werkstücke in eindeutiger Weise aufnehmen; alternativ bzw. zusätzlich kann die genaue Lage der Werkstücke im Spannwerkzeug mit Hilfe zusätzlicher Messmittel (z.B. optischer, induktiver oder taktiler Sensoren) ermittelt werden, die am Spannwerkzeug befestigt oder raumfest angeordnet sein können.The clamping elements of the robot-guided clamping tool can be activated together or separately. The workpieces to be connected are advantageously placed in a reproducible manner in the clamping tool, whereupon the clamping elements are actuated simultaneously in order to clamp the workpieces in this relative position (i.e. the desired assembly position) with respect to one another; the control effort required for clamping the workpieces is then minimal. In order to achieve a reproducible alignment of the workpieces in the clamping tool, the clamping tool is preferably provided with stops, contour-adapted receiving elements, etc., which receive the workpieces in a clear manner; alternatively or additionally, the exact position of the workpieces in the clamping tool can be determined with the help of additional measuring devices (e.g. optical, inductive or tactile sensors), which can be attached to the clamping tool or arranged in a fixed position.
Für ein hochgenaues Fixieren der Werkstücke im Verbindungsbereich - wie es beispielsweise beim Laserschweißen notwendig ist - ist eine große Anzahl von Spannelementen notwendig, was bei großen Werkstücken zu einem hohen Gewicht des Spannwerkzeugs führen kann. Um die Gewichtsbelastung des zweiten Roboters in einem vertretbaren Rahmen zu halten, können mehrere Roboter zum Einsatz kommen, die gemeinsam das Spannwerkzeug tragen. Es kann vorteilhaft sein, das Spannwerkzeug aufzutei- len in mehrere Unter-Spannwerkzeuge, die die zu verbindenden Werkstücke in unterschiedlichen Bereichen fixieren und die mit Hilfe getrennter Roboter bewegt werden. Diese Unter- Spannwerkzeuge können fest miteinander verbunden sein und können ein einziges starres Spannwerkzeug bilden (das dann von mehreren Robotern getragen wird) . Die Roboter, die die Unter-Spannwerkzeuge tragen, und der Roboter, der das Füge- werkzeug bewegt, kooperieren dabei im Sinne einer „Master" - „Slave" -Kopplung, bei der ein Roboter als „Master" die Bewegungsabläufe der anderen („Slave"-) Roboter koordiniert.A large number of clamping elements is required for high-precision fixing of the workpieces in the connection area - as is necessary, for example, in laser welding - which can lead to the clamping tool being very heavy with large workpieces. In order to keep the weight of the second robot within an acceptable range, several robots can be used, which together carry the clamping tool. It can be advantageous to open the clamping tool len in several sub-clamping tools that fix the workpieces to be connected in different areas and that are moved with the help of separate robots. These sub-clamping tools can be firmly connected to one another and can form a single rigid clamping tool (which is then carried by several robots). The robots that carry the sub-clamping tools and the robot that moves the joining tool cooperate in the sense of a "master" - "slave" coupling, in which one robot acts as the "master" of the movements of the other (" Slave "-) robot coordinates.
In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung werden die zu fügenden Werkstücke während des Fügens raumfest gelagert . Der erste Roboter trägt - ebenso wie in der ersten Ausgestaltung der Erfindung - das Fügewerkzeug; der zweite Roboter trägt ein Spannwerkzeug, mit dem die zu verbindenden Werkstücke lokal (insbesondere in dem momentan vom Fügewerkzeug bearbeiteten Verbindungsbereich) gespannt werden. Das robotergeführte Spannwerkzeug fixiert die beiden Werkstücke in einem räumlich eng begrenzten Bereich in einer solchen Weise relativ zueinander, dass ein optimales Fügeergebnis in diesem Bereich erreicht wird. Sollen beispielsweise zwei beschichtete Metallbleche durch Laserschweißen verbunden werden, so werden diese Metallbleche lokal in einer solchen Weise gespannt, dass in den Verbindungsbereichen zwischen ihnen ein Fügespalt vorgegebener Größe vorliegt, durch den die beim Schweißen austretenden Dämpfe und Gase entweichen können. Durch die Kopplung der beiden Roboter wird - ebenso wie im ersten Ausführungs- beispiel - eine Kooperation des Fügewerkzeugs mit dem Spannwerkzeug erreicht, wodurch eine optimale Koordination und ggf. eine zeitliche Überlagerung der Bewegungsabläufe der Werkzeuge gewährleistet wird. In einer dritten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Fügen der Werkstücke in zwei Stufen. Zunächst werden die zu verbindenden Werkstücke in Zusammenbaulage geheftet . Anschließend wird der auf diese Weise geschaffene Zusammenbau der beiden Werkstücke mit Hilfe eines robotergeführten Spannwerkzeugs gegenüber einem robotergeführten Fügewerkzeug bewegt bzw. positioniert, und die beiden Werkstücke werden mit Hilfe des Fügewerkzeugs verbunden. Die beiden Roboter, die das Spannwerkzeug und das Fügewerkzeug tragen, kooperieren dabei im Sinne einer „Master" -„Slave" -Kopplung. Vorzugsweise werden in dieser Ausgestaltung die Bleche zunächst durch Punktschweißen geheftet und anschließend durch Laserschweißen verbunden. Während des Heftens werden die Werkstücke zweckmäßigerweise in einer (stationären) Anlage fixiert und mit Hilfe einer robotergeführten Punktschweißzange an ausgewählten Stellen gepunktet. Der geheftete Zusammenbau wird dann lasergeschweißt, indem er von dem robotergeführten Spannwerkzeug aufgenommen und gegenüber dem robotergeführten Laserschweißkopf bewegt wird.In a second embodiment of the invention, the workpieces to be joined are stored fixed in space during the joining. As in the first embodiment of the invention, the first robot carries the joining tool; the second robot carries a clamping tool with which the workpieces to be connected are clamped locally (in particular in the connection area currently being processed by the joining tool). The robot-guided clamping tool fixes the two workpieces relative to each other in a spatially narrow area in such a way that an optimal joining result is achieved in this area. If, for example, two coated metal sheets are to be connected by laser welding, these metal sheets are clamped locally in such a way that a joint gap of a predetermined size is present in the connection areas between them, through which the vapors and gases emerging during welding can escape. As in the first exemplary embodiment, the coupling of the two robots enables the joining tool to cooperate with the clamping tool, which ensures optimal coordination and, if necessary, a temporal overlay of the movement sequences of the tools. In a third embodiment of the invention, the workpieces are joined in two stages. First, the workpieces to be joined are tacked in the assembled position. The assembly of the two workpieces created in this way is then moved or positioned with respect to a robot-guided joining tool with the aid of a robot-guided clamping tool, and the two workpieces are connected with the aid of the joining tool. The two robots, which carry the clamping tool and the joining tool, cooperate in the sense of a "master" - "slave" coupling. In this embodiment, the sheets are preferably first tacked by spot welding and then joined by laser welding. During stapling, the workpieces are expediently fixed in a (stationary) system and dotted at selected points using a robot-guided spot welding gun. The tacked assembly is then laser welded by being picked up by the robot-guided clamping tool and moved relative to the robot-guided laser welding head.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere auch zum Hybridschweißen zweier Werkstücke . Dabei werden die Werkstücke mit Hilfe eines robotergeführten Spannwerkzeugs gespannt bzw. fixiert (und ggf. bewegt), während die beiden zum Hybridschweißen verwendeten Schweißkδpfe - beispielsweise ein Laserschweißkopf und ein Lichtbogenschweißkopf - mit Hilfe zweier getrennter Roboter gegenüber den Werkstücken bewegt werden. Alle drei Roboter kooperieren dabei im Sinne einer „Master" -„Slave" -Kopplung.The method according to the invention is also particularly suitable for hybrid welding of two workpieces. The workpieces are clamped or fixed (and possibly moved) with the aid of a robot-guided clamping tool, while the two welding heads used for hybrid welding - for example a laser welding head and an arc welding head - are moved relative to the workpieces with the help of two separate robots. All three robots cooperate in the sense of a "master" - "slave" coupling.
Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform; Fig. 2 eine Detailansicht eines Verbindungsbereichs beim Verbinden zweier Werkstücke mit Hilfe des Laserschweißens : Fig. 2a: Beginn des Laserverschweißens in einem ersten Verbindungsbereich,- Fig. 2b: Ende des Laserschweißens im ersten Verbindungsbereich; Fig. 2c : Beginn des Laserschweißens in einem weiteren Verbindungsbereich; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform; Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer dritten Ausführungsform; Fig. 5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mehreren kooperierenden Füge- und Spannwerkzeugen.The invention is explained in more detail below with reference to several exemplary embodiments shown in the drawings. Show: Figure 1 is a schematic representation of a device according to the invention in a first embodiment. 2 shows a detailed view of a connection area when connecting two workpieces with the aid of laser welding: FIG. 2a: start of laser welding in a first connection area, FIG. 2b: end of laser welding in the first connection area; 2c: Start of laser welding in a further connection area; 3 shows a schematic representation of a device according to the invention in a second embodiment; 4 shows a schematic illustration of a device according to the invention in a third embodiment; Fig. 5 is a schematic representation of a device according to the invention with several cooperating joining and clamping tools.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Fügen zweier Werkstücke 2,3 aus Metallblech, wobei die Vorrichtung 1 Teil einer Fertigungsanlage 4 ist. Die Vorrichtung 1 umfasst einen ersten Roboter 5 mit einer Roboterhand 6, an der ein Laserschweißkopf 7 mit einer (in Figur 1 nicht dargestellten) Scanmimik befestigt ist. Zu diesem Roboter 5 gehört ein erstes Steuersystem 8, welches eine Programmsteuerung zur Bewegungssteuerung des ersten Roboters 5 und zum Aktivieren des Laserschweißkopfs 7 und der Scanmimik enthält. - Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 einen zweiten Roboter 9 mit einer Roboterhand 10, an der ein Spannwerkzeug 11 befestigt ist. Zu diesem zweiten Roboter 9 gehört ein zweites Steuersystem 12, welches eine Programmsteuerung zur BewegungsSteuerung des zweiten Roboters 9 und zum Betätigen des Spannwerkzeugs 11 enthält. - Mit dem Begriff „Roboter" soll hierbei ein mehrachsiger (in der Regel sechsachsiger) Industrieroboter bezeichnet werden. Unter einer „Programmsteuerung" soll ein Steuerprogramm verstanden werden, das - je nach Anwendungsfall - sowohl Steuer- als auch Regelaufgaben des Roboters und/oder des mit Hilfe des Roboters bewegten Werkzeugs übernehmen kann.FIG. 1 shows a schematic representation of a device 1 according to the invention for joining two workpieces 2, 3 made of sheet metal, the device 1 being part of a production system 4. The device 1 comprises a first robot 5 with a robot hand 6, to which a laser welding head 7 with a scanning facial expression (not shown in FIG. 1) is attached. This robot 5 includes a first control system 8, which contains a program control for controlling the movement of the first robot 5 and for activating the laser welding head 7 and the scanning facial expressions. - Furthermore, the device 1 comprises a second robot 9 with a robot hand 10 to which a clamping tool 11 is attached. This second robot 9 includes a second control system 12, which contains a program control for controlling the movement of the second robot 9 and for actuating the clamping tool 11. - With the The term "robot" is intended to refer to a multi-axis (usually six-axis) industrial robot. A "program control" is to be understood to mean a control program which - depending on the application - has both control and regulation tasks of the robot and / or of the robot Robot moving tool can take over.
In dem Spannwerkzeug 11 sind die zu verbindenden Werkstücke 2,3 mit Hilfe von Spannelementen 13 in der gewünschten Zusammenbaulage fixiert . Um eine reproduzierbare Lage der Werkstücke 2,3 im Spannwerkzeug 11 zu gewährleisten, sind Anschläge 14 bzw. Aufnahmeelernente 15 vorgesehen, die die Werkstücke 2,3 in eineindeutiger Weise zueinander und gegenüber dem Spannwerkzeug 11 ausrichten. Dies ist notwendig, um die genaue Lage der Werkstücke 2,3 in einem Koordinatensystem 16 des zweiten Roboters 9 bestimmen zu können. Anstatt (bzw. zusätzlich zu) den Anschlägen 14 und Aufnahmeelementen 15 kann ein raumfester Sensor 17 (im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ein optischer Sensor 17a) vorgesehen sein, mit dessen Hilfe die Lage der Werkstücke 2,3 im Koordinatensystem 16 des zweiten Roboters 9 ermittelt wird, indem der Roboter 9 das Spannwerkzeug 11 mit den darauf fixierten Werkstücken 2,3 in vorbestimmte Ausrichtungen gegenüber dem Sensor 17a bringt und aus den Messwerten des Sensors 17a die Lage der Werkstücke 2,3 gegenüber einer Referenzposition auf dem Spannwerkzeug 11 berechnet wird.The workpieces 2, 3 to be connected are fixed in the desired assembly position in the clamping tool 11 with the aid of clamping elements 13. In order to ensure a reproducible position of the workpieces 2, 3 in the clamping tool 11, stops 14 or receiving elements 15 are provided which align the workpieces 2, 3 in a clear manner with respect to one another and with respect to the clamping tool 11. This is necessary in order to be able to determine the exact position of the workpieces 2, 3 in a coordinate system 16 of the second robot 9. Instead of (or in addition to) the stops 14 and receiving elements 15, a spatially fixed sensor 17 (in the exemplary embodiment of FIG. 1 an optical sensor 17a) can be provided, with the aid of which the position of the workpieces 2, 3 in the coordinate system 16 of the second robot 9 is determined the robot 9 brings the clamping tool 11 with the workpieces 2, 3 fixed thereon into predetermined orientations with respect to the sensor 17a and the position of the workpieces 2,3 with respect to a reference position on the clamping tool 11 is calculated from the measured values of the sensor 17a.
Die Programmsteuerungen der beiden Roboter 5,9 sind in einer solchen Weise gekoppelt, dass die Bewegungsabläufe der Roboter 5,9 und der von ihnen getragenen Werkzeuge 7,11 koordiniert erfolgen. Einer der Roboter - beispielsweise der erste Roboter 5 - dient dabei als „Master" -Roboter, dessen Bewegungen der andere, sogenannte „Slave" -Roboter - in diesem Falle der zweite Roboter 9 - folgt. Während der „Master" -Roboter 5 den Laserschweißkopf 7 in eine vorgegebene Raumlage bringt und aktiviert, richtet er die Bewegungen des „Slave" -Roboters 9 nach seiner Sollbahn aus, so dass der „Slave" -Roboter 9 das Spannwerkzeug 11 und die darin gehaltenen Werkstücke 2,3 in eine entsprechende Lage und Ausrichtung bewegt, in der ein Verbindungsbereich 18 auf den Werkstücken 2,3 im Fokus eines Lserstrahls 19 des Laserschweißkopfs 7 liegt. Dabei bleibt der räumliche Bezug des durch den „Master" -Roboter 5 geführten Laserschweißkopfs 7 zu den vom „Slave" -Roboter 9 bewegten Werkstücken 2,3 zu jeder Zeit erhalten. Ein Steuerungsprinzip, mit dessen Hilfe eine solche „Master" -„Slave" -Kopplung erreicht werden kann, ist beispielsweise in der EP 752 633 AI beschrieben, deren Inhalt hiermit in die vorliegende Anmeldung übernommen wird.The program controls of the two robots 5, 9 are coupled in such a way that the movement sequences of the robots 5, 9 and the tools 7, 11 carried by them are coordinated. One of the robots - for example the first robot 5 - serves as a "master" robot, the movements of which are followed by the other, so-called "slave" robot - in this case the second robot 9. During the "master" robot 5 Bringing and activating the laser welding head 7 into a predetermined spatial position, it aligns the movements of the “slave” robot 9 according to its desired path, so that the “slave” robot 9 converts the clamping tool 11 and the workpieces 2, 3 held therein into a corresponding one Moves position and orientation in which a connection area 18 is located on the workpieces 2, 3 in the focus of a laser beam 19 of the laser welding head 7. The spatial reference of the laser welding head 7 guided by the “master” robot 5 to the workpieces 2, 3 moved by the “slave” robot 9 is retained at all times. A control principle with the aid of which such a “master” - “slave” coupling can be achieved is described, for example, in EP 752 633 AI, the content of which is hereby incorporated into the present application.
Aufgrund der „Master" -„Slave" -Kooperation der Roboter 5,9 stellt die Vorrichtung 1 stellt eine autonome Einheit dar, die im Fabrikumfeld 4 an eine speicherprogrammierte Fertigungssteuerung (SPS 20) angebunden sein kann; die SPS 20 aktiviert dann Prozesse im „Master" -Roboter 5, welcher seinerseits dann vorgegebene Programmschritte durchführt und dabei den an ihn gekoppelten „Slave" -Roboter 9 mitführt und befehligt.Due to the “master” - “slave” cooperation of the robots 5, 9, the device 1 represents an autonomous unit that can be connected to a memory-programmed production control (PLC 20) in the factory environment 4; The PLC 20 then activates processes in the “master” robot 5, which in turn then carries out predetermined program steps and in the process carries and commands the “slave” robot 9 coupled to it.
Die Roboter 5,9 brauchen hierzu nicht permanent aneinander gekoppelt sein. Insbesondere können die Roboter 5,9 lediglich für bestimmte Arbeitsschritte miteinander kooperieren; andere Arbeitsschritte können die Roboter 5,9 völlig unabhängig voneinander durchführen, wobei dann die Aktionen jedes Roboters 5,9 getrennt von der SPS 20 der Fertigungsanlage 4 angestoßen werden .For this purpose, the robots 5.9 do not need to be permanently coupled to one another. In particular, the robots 5, 9 can only cooperate with one another for specific work steps; The robots 5, 9 can carry out other work steps completely independently of one another, in which case the actions of each robot 5, 9 are triggered separately from the PLC 20 of the production system 4.
Im folgenden werden die Einzelschritte beschrieben, die beim Fügen der beiden Werkstücke 2,3 der Figur 1 durchlaufen wer- den. Zunächst werden die beiden zu verbindenden Werkstücke 2,3 in einer (in Figur 1 nicht gezeigten) Bestückungsstation in das Spannwerkzeug 11 eingelegt; die Anschläge 14 bzw. Auf- nahmeelemente 15 gewährleisten dabei, dass die Werkstücke 2,3 reproduzierbar in Zusammenbaulage im Spannwerkzeug 11 aufgenommen werden. Anschließend werden die Werkstücke 2,3 durch simultanes Spannen der Spannelemente 13 in dieser Zusammenbaulage fixiert . Das Aufnehmen und Fixieren der Werkstücke 2,3 im Spannwerkzeug 11 des zweiten Roboters 9 kann unabhängig von den Bewegungen des ersten Roboters 5 erfolgen, so dass der erste Roboter 5 während dieser Schritte beispielsweise eine andere Schweißaufgabe ausführen kann; in diesem Modus wirkt die SPS 20 der Fertigungsanlage 4 separat auf beide Roboter 5,9 ein.The individual steps which are followed when joining the two workpieces 2, 3 in FIG. 1 are described below. the. First, the two workpieces 2, 3 to be connected are inserted into the clamping tool 11 in a loading station (not shown in FIG. 1); the stops 14 or receiving elements 15 ensure that the workpieces 2, 3 are reproducibly received in the assembled position in the clamping tool 11. The workpieces 2, 3 are then fixed in this assembled position by simultaneous clamping of the clamping elements 13. The workpieces 2, 3 can be picked up and fixed in the clamping tool 11 of the second robot 9 independently of the movements of the first robot 5, so that the first robot 5 can perform another welding task, for example, during these steps; In this mode, the PLC 20 of the production plant 4 acts separately on both robots 5,9.
Spätestens mit Abschluss des Spannens der Werkstücke 2,3 im Spannwerkzeug 11 wird die Programmsteuerung des zweiten Roboters 9 (als „Slave") an die Programmsteuerung des ersten Roboters 5 (als „Master") angekoppelt. Ab diesem Zeitpunkt greift die SPS 20 nicht mehr direkt auf den „Slave" -Roboter 9 zu, sondern alle Bewegungen des „Slave" -Roboters 9 und des darauf fixierten Spannrahmens 11 werden durch den „Master" - Roboter 5 koordiniert. Die beiden Roboter 5,9 kooperieren dabei derart, dass der „Slave" -Roboter 9 die von ihm getragenen Werkstücke 2,3 in bestimmte vorgegebene Raumlagen bewegt, die so gewählt sind, dass ein vorgegebener Verbindungsbereich 18 auf den Werkstücken 2,3 für den mit Hilfe des „Master" - Roboters 5 bewegten Laserschweißkopf 7 gut zugänglich wird; dann wird der Laserschweißkopf 7 aktiviert und mit Hilfe des Laserstrahls 19 eine Verschweißung im Verbindungsbereich 18 durchgeführt. Anschließend wird der Laserstrahl 19 auf einen weiteren Verbindungsbereich 18a der Werkstücke 2,3 gerichtet. Dies kann erreicht werden, indem - der Laserstrahl 19 mit Hilfe der im Laserschweißkopf 7 enthaltenen Scanmimik auf den weiteren Verbindungsbereich 18a gelenkt wird und/oderThe program control of the second robot 9 (as a “slave”) is coupled to the program control of the first robot 5 (as a “master”) at the latest when the clamping of the workpieces 2, 3 in the clamping tool 11 has been completed. From this point in time, the PLC 20 no longer directly access the “slave” robot 9, but all movements of the “slave” robot 9 and the clamping frame 11 fixed thereon are coordinated by the “master” robot 5. The two robots 5.9 cooperate in such a way that the “slave” robot 9 moves the workpieces 2, 3 carried by it into certain predetermined spatial positions, which are selected such that a predetermined connection area 18 on the workpieces 2, 3 for the with the aid of the "Master" robot 5 is easily accessible to the moving laser welding head 7; then the laser welding head 7 is activated and welding is carried out in the connection area 18 with the aid of the laser beam 19. The laser beam 19 is then directed onto a further connection area 18a of the workpieces 2, 3. This can be achieved by - The laser beam 19 is directed onto the further connection area 18a with the aid of the scanning facial expression contained in the laser welding head 7 and / or
- der Laserschweißkopf 7 mit Hilfe des „Master" -Roboters 5 gegenüber dem Spannwerkzeug 11 bewegt wird, bis er gegenüber dem weiteren Verbindungsbereich 18a zu liegen kommt und/oder- The laser welding head 7 is moved with the aid of the “master” robot 5 relative to the clamping tool 11 until it comes to rest with respect to the further connection area 18a and / or
- das Spannwerkzeug 11 mit Hilfe des „Slave" -Roboters 9 gegenüber dem Laserschweißkopf 7 bewegt wird, bis der weitere Verbindungsbereich 18a gegenüber dem es gegenüber Laserschweißkopf 7 zu liegen kommt.- The clamping tool 11 is moved with the aid of the “slave” robot 9 with respect to the laser welding head 7 until the further connection region 18a with respect to which it comes to lie with respect to the laser welding head 7.
Vorzugsweise werden mehrere dieser Bewegungen simultan durchgeführt, um durch Überlagerung der (vergleichsweise schnellen) Bewegung der Scanmimik des Laserschweißkopfes 7 mit den (vergleichsweise langsamen) Transportbewegungen der Roboter 5,9 die (ansonsten nichtproduktiven) Transportzeiten produktiv zu nutzen. Insbesondere ist es vorteilhaft, diesen Transportbewegungen den eigentlichen Schweißprozess zu überlagern. Dies ist schematisch in Figuren 2a bis 2c dargestellt: Hier wird das Spannwerkzeug 11 mit den darauf fixierten Werkstücken 2,3 mit Hilfe des (in Figur 2 nicht dargestellten) „Slave" -Roboters 9 kontinuierlich gegenüber dem Laserschweißkopf 7 verschoben (Pfeil 21) . Gleichzeitig wird der Laserstrahl 19 in einen ersten Verbindungsbereich 18 gelenkt und dort aktiviert (Figur 2a) . Die Scanmimik des Laserschweißkopfes 7 führt den Laserstrahl 19 in einer solchen Weise gegenüber den bewegten Werkstücken 2,3, dass im Verbindungsbereich 18 eine erste Laserschweißnaht 22 erstellt wird (Figur 2b) . Dann wird der Laserstrahl 19 deaktiviert und mit Hilfe der Scanmimik auf einen weiteren Verbindungsbereich 18a gelenkt, wo der Laserstrahl 19 für eine weitere Schweißung 22a aktiviert wird.Preferably, several of these movements are carried out simultaneously in order to use the (otherwise non-productive) transport times productively by superimposing the (comparatively fast) movement of the scanning facial expressions of the laser welding head 7 with the (comparatively slow) transport movements of the robots 5,9. In particular, it is advantageous to superimpose the actual welding process on these transport movements. This is shown schematically in FIGS. 2a to 2c: Here, the clamping tool 11 with the workpieces 2, 3 fixed thereon is continuously shifted with respect to the laser welding head 7 with the aid of the “slave” robot 9 (not shown in FIG. 2) (arrow 21). At the same time, the laser beam 19 is directed into a first connection area 18 and activated there (FIG. 2a) The scanning facial expression of the laser welding head 7 guides the laser beam 19 in relation to the moving workpieces 2, 3 such that a first laser weld seam 22 is created in the connection area 18 (Figure 2b) The laser beam 19 is then deactivated and directed with the aid of the scanning facial expression to a further connection area 18a, where the laser beam 19 is activated for a further weld 22a.
Figur 3 zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1': Hier sind die zu verbindenden Werkstücke 2', 3', zwei Formbauteile aus Blech, in Zusammenbaulage in einer raumfesten Aufnahmevorrichtung 23 abgelegt. Der erste Roboter 5' trägt an seiner Hand 6' den Laserschweißkopf 7' und ist mit dem Steuersystem 8' verbunden, welches die Programmsteuerung zur Bewegungssteuerung dieses ersten Roboters 5' und zum Aktivieren des Laserschweißkopfs 7' enthält. Der zweite Roboter 9' trägt an seiner Roboterhand 10' ein Spannwerkzeug 11', mit Hilfe dessen ein ausgewählter Verbindungsbereich 18' auf den Werkstücken 2 ',3' gespannt werden kann; weiterhin ist der zweite Roboter 9' mit dem Steuersystem 12' verbunden, welches die Programmsteuerung zur Bewegungssteuerung dieses zweiten Roboters 9' und zum Betätigen des Spannwerkzeugs 11' enthält. Die beiden Roboter 5 ',9' sind in einer solchen Weise aneinander gekoppelt, dass sie - wie oben beschrieben - in einem „Master" -„Slave" -Modus betrieben werden können.FIG. 3 shows a schematic view, not to scale, of a further embodiment of the invention Device 1 ': Here, the workpieces 2', 3 'to be connected, two molded components made of sheet metal, are stored in an assembled holding device 23 in the assembled position. The first robot 5 'carries the laser welding head 7' on its hand 6 'and is connected to the control system 8', which contains the program control for controlling the movement of this first robot 5 'and for activating the laser welding head 7'. The second robot 9 'carries a clamping tool 11' on its robot hand 10 ', with the aid of which a selected connection area 18' can be clamped on the workpieces 2 ', 3'; Furthermore, the second robot 9 'is connected to the control system 12', which contains the program control for controlling the movement of this second robot 9 'and for actuating the clamping tool 11'. The two robots 5 ', 9' are coupled to one another in such a way that they can - as described above - be operated in a "master" - "slave" mode.
Das Spannwerkzeug 11' ist mit einem Druckelement 24 veerse- hen, mit dessen Hilfe im Verbindungsbereich 18' zwischen den zu verschweißenden Blechen 2 ',3' ein Fügespalt 26 einer vorbestimmten Höhe 27 eingestellt werden kann. Das Druckelement 24 ist im vorliegenden Beispiel eine drehbar gelagerte Anpressrolle 25, die entlang der Verbindungsbereiche 18' gerollt werden kann und die in einer solchen Weise ausgestaltet ist, dass sie die klaffenden Bleche 2 ',3' im Verbindungsbereich 18' aufeinanderdrückt , um so eine vorgegebene Spalthöhe 26 zu erreichen. Die Funktionsweise eines solchen Druckelements 24 ist beispielsweise in der DE 102 18 179 AI beschrieben. Alternativ können Druckelemente 24 vorgesehen sein, die als Anpressfinger oder als (zueinander bewegliche) Spannfinger ausgestaltet sind und mit Hilfe des Roboters 9' entlang der Verbindungsbereiche 18' bewegt werden. Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 4 dargestellt. Hier werden die zu verbindenden Werkstücke 2", 3" zunächst in einer Heftstation 28 geheftet, bevor sie mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1" verbunden werden. In der Heftstation 28 werden die Werkstücke 2", 3" in eine raumfeste Aufnahmevorrichtung 23" eingelegt, in der die Werkstücke 2", 3" in Zusammenbaulage positioniert und fixiert werden. Anschließend werden die Werkstücke 2", 3" mit Hilfe einer Heftvorrichtung 29, beispielweise einer robotergeführten Punktschweißzange 30, in ausgewählten Bereichen geheftet. Durch diese Heftung wird ein Zusammenbau 31 der Werkstücke 2", 3" erzeugt, in dem die Werkstücke 2", 3" in der gewünschten Zusammenbaulage zueinander fixiert sind. Dieser Zusammenbau 31 wird dem robotergeführten Spannwerkzeug 11" der Vorrichtung 1" zugeführt bzw. vom robotergeführten Spannwerkzeug 11" aufgenommen. Das anschließende Verbinden des im Spannwerkzeug 11" gehaltenen Zusammenbaus 31 durch den robotergeführten Laserschweißkopf 7" erfolgt analog zur oben beschriebenen ersten Ausführungsform (Figur 1) durch die die Werkzeuge 7" , 11" tragenden, kooperierenden Roboter 5" , 9" mit dem Unterschied, dass das Spannwerkzeug 11" nun - aufgrund des vorgeschalteten Heftens der Werkstücke 2", 3" -wesentlich leichter und einfacher gestaltet werden kann als das Spannwerkzeug 11 der Figur 1. Insbesondere müssen die Spannelemente 13" des Spannwerkzeugs 11" lediglich den gehefteten Zusammenbau 31 stabil an der Roboterhand 10" des zweiten Roboters 9" halten, nicht jedoch die beiden Werkstücke in einer vorgegebenen Relativlage spannen und fixieren. Das Spannwerkzeug 11" ist somit wesentlich einfacher aufgebaut (und in bezug auf sein Gewicht wesentlich leichter) als das Spannwerkzeug 11 der Ausführungsform der Figur 1.The clamping tool 11 'is provided with a pressure element 24, with the aid of which a joining gap 26 of a predetermined height 27 can be set in the connection area 18' between the sheets 2 ', 3' to be welded. In the present example, the pressure element 24 is a rotatably mounted pressure roller 25, which can be rolled along the connection areas 18 'and which is designed in such a way that it presses the gaping sheets 2', 3 'onto one another in the connection area 18', so as to to reach the predetermined gap height 26. The operation of such a pressure element 24 is described for example in DE 102 18 179 AI. Alternatively, pressure elements 24 can be provided, which are designed as pressure fingers or as (mutually movable) tension fingers and are moved with the help of the robot 9 'along the connection areas 18'. A third embodiment of the invention is shown in FIG. 4. Here, the workpieces 2 ", 3" to be connected are first stapled in a stapling station 28 before they are connected with the aid of the device 1 "according to the invention. In the stapling station 28, the workpieces 2", 3 "are placed in a spatially fixed holding device 23", in which the workpieces 2 ", 3" are positioned and fixed in the assembled position. The workpieces 2 ", 3" are then stapled in selected areas with the aid of a stapling device 29, for example a robot-guided spot welding gun 30. This stitching creates an assembly 31 of the workpieces 2 ", 3" in which the workpieces 2 ", 3" are fixed to one another in the desired assembly position. This assembly 31 is fed to the robot-guided clamping tool 11 "of the device 1" or received by the robot-guided clamping tool 11 ". The subsequent connection of the assembly 31 held in the clamping tool 11" by the robot-guided laser welding head 7 "is carried out analogously to the first embodiment described above (FIG. 1 ) by the cooperating robots 5 ", 9" carrying the tools 7 ", 11", with the difference that the clamping tool 11 "can now be made considerably lighter and simpler than due to the upstream stitching of the workpieces 2", 3 " the clamping tool 11 of FIG. 1. In particular, the clamping elements 13 "of the clamping tool 11" only have to hold the stitched assembly 31 stably on the robot hand 10 "of the second robot 9", but do not clamp and fix the two workpieces in a predetermined relative position. The tensioning tool 11 "is thus of a considerably simpler design (and much lighter in terms of its weight) than the tensioning tool 11 of the embodiment in FIG. 1.
Bisher wurden Anwendungsbeispiele gezeigt, in denen zwei kooperierende Industrieroboter zum Einsatz kommen: Ein erster Roboter 5, 5 ',5", mit Hilfe dessen das Fügewerkzeug 7, 7 ',7" bewegt wird und ein zweiter Roboter 5, 5 ' , 5" zum Spannen und/oder Bewegen der zu fügenden Werkstücke 2,3. Zusätzlich zu diesen beiden Robotern kann die Vorrichtung 1,1' ,1" noch weitere Roboter umfassen, welche ebenfalls in die Roboterkooperation eingebunden sind. Insbesondere kann zum Fügen von größeren Werkstücken 2,3 vorteilhaft sein, die Werkstücke 2,3 mit Hilfe mehrerer gekoppelter Roboter 9a, 9b räumlich zu bewegen, um auf diese Weise eine Lastverteilung der Werkstückmassen auf mehrere Roboter 9a, 9b zu erreichen; dies ist schematisch in Figur 5 dargestellt, bei ein Spannwerkzeug 11 von den beiden Robotern 9a, 9b mit zugeordneten, aneinander gekoppelten Programmsteuerungen (in Steuersystemen 12a, 12b) getragen wird. Das Spannwerkzeug 11 umfasst in diesem Fall zwei getrennte Unter-Spannwerkzeuge 11a, 11b, wobei das Unter- Spannwerkzeug 11b des Roboters 9b in der Ansicht der Figur 5 vom Werkstück 3 verdeckt ist. Die Programmsteuerungen der Spannroboter 9a, 9b und des Schweißroboters 5a kooperieren beispielsweise in einer solchen Weise, dass der Schweißroboter 5a der „Master" ist, an den die beiden Spannroboter 9a, 9b als „Slaves" angekoppelt sind. - Weiterhin kann im Ausführungsbeispiel der Figur 3 das lokale Spannen der zu verbindenden Werkstücke 2 ',3' mit mehreren Robotern 9 ',9a' erfolgen, die je ein Spannwerkzeug 11', 11a' tragen und deren Programmsteuerungen mit der Programmsteuerung des Schweißroboters 5' im Sinne einer „Master" -„Slave" -Kopplung kooperieren; dann kann der momentan vom Fügewerkzeug 7' bearbeitete Werkstückbereich 18' mit Hilfe eines ersten Spannwerkzeugs 11' fixiert werden, während ein weiteres Spannwerkzeug 11a' bereits in einem demnächst zu bearbeitenden Verbindungsbereich 18a' auf den Werkstücken 2', 3' plaziert wird. Da die Bewegung der Scanmimik des Laserschweißkopfes 7' wesentlich schneller ist als die Bewegung der robotergeführten Spannwerkzeuge 11', 11a', kann auf diese Weise das Laserschweißsystem optimal ausgenutzt werden. - In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Erfindung genutzt werden zum Kleben von Werkstücken, wobei die beiden zu verklebenden Werkstücke vor dem Verkleben mit Hilfe von Spannwerkzeugen bewegt werden, die von getrennten, jedoch gekoppelten Robotern getragen werden.So far, application examples have been shown in which two cooperating industrial robots are used: a first Robots 5, 5 ', 5 ", with the aid of which the joining tool 7, 7', 7" is moved and a second robot 5, 5 ', 5 "for clamping and / or moving the workpieces 2, 3 to be joined. In addition to For these two robots, the device 1, 1 ′, 1 ″ can also comprise further robots, which are also integrated into the robot cooperation. In particular, for joining larger workpieces 2, 3, it can be advantageous to move the workpieces 2, 3 with the aid of a plurality of coupled robots 9a, 9b in order to achieve a load distribution of the workpiece masses over a plurality of robots 9a, 9b; this is shown schematically in FIG. 5, in which a clamping tool 11 is carried by the two robots 9a, 9b with associated program controls (in control systems 12a, 12b) which are coupled to one another. In this case, the clamping tool 11 comprises two separate sub-clamping tools 11a, 11b, the lower clamping tool 11b of the robot 9b being covered by the workpiece 3 in the view in FIG. 5. The program controls of the clamping robots 9a, 9b and the welding robot 5a cooperate, for example, in such a way that the welding robot 5a is the "master" to which the two clamping robots 9a, 9b are coupled as "slaves". - Furthermore, in the exemplary embodiment in FIG. 3, the workpieces 2 ', 3' to be connected can be clamped locally with a plurality of robots 9 ', 9a', each of which carries a clamping tool 11 ', 11a' and whose program controls are linked to the program control of the welding robot 5 ' cooperate in the sense of a "master" - "slave"coupling; then the workpiece area 18 'currently being machined by the joining tool 7' can be fixed with the aid of a first clamping tool 11 ', while a further clamping tool 11a' is already being placed on the workpieces 2 ', 3' in a connection area 18a 'which is soon to be machined. Since the movement of the scanning facial expressions of the laser welding head 7 'is considerably faster than the movement of the robot-guided clamping tools 11', 11a ', the laser welding system can be optimal in this way be exploited. In a further exemplary embodiment, the invention can be used for gluing workpieces, the two workpieces to be glued being moved before gluing with the aid of clamping tools which are carried by separate but coupled robots.
Wie in Figur 5 gezeigt, ist es weiterhin möglich, mehrere gekoppelte Roboter 5a, 5b mit Fügewerkzeugen 7a, 7b (z.B. Punktschweißzangen 32a, 32b) zu bestücken, um z.B. unterschiedliche Bereiche der zu verbindenden Werkstücke 2,3 gleichzeitig bearbeiten zu können und dadurch die Verweilzeit der Werkstücke 2,3 in der Verbindungsvorrichtung 1 zu minimieren. Figur 5 zeigt somit eine Vorrichtung mit zwei Fügerobotersn 5a, 5b und zwei Spannrobotern 9a, 9b, die über eine „Master" -„Slave" - Kopplung miteinander kooperieren. Werden die beiden Schweißroboter 5a, 5b mit unterschiedlichen Schweißsystemen (z.B. ein Laserschweißkopf und ein MIG-Schweißkopf) bestückt, so kann diese Vorrichtung 1 zur Durchführung eines Hybridschweißverfahrens eingesetzt werden, bei dem die unterschiedlichen Schweißsysteme mit Hilfe getrennter, jedoch gekoppelter Roboter 5a, 5b bewegt werden.As shown in Figure 5, it is also possible to equip several coupled robots 5a, 5b with joining tools 7a, 7b (e.g. spot welding guns 32a, 32b) in order to e.g. to be able to process different areas of the workpieces 2, 3 to be connected at the same time and thereby to minimize the dwell time of the workpieces 2, 3 in the connecting device 1. FIG. 5 thus shows a device with two joining robots 5a, 5b and two clamping robots 9a, 9b, which cooperate with one another via a “master” - “slave” coupling. If the two welding robots 5a, 5b are equipped with different welding systems (e.g. a laser welding head and a MIG welding head), this device 1 can be used to carry out a hybrid welding process in which the different welding systems are moved with the aid of separate but coupled robots 5a, 5b become.
Die Erfindung kann auf beliebige Fügeverfahren, insbesondere zum Laserschweißen, zum MIG- oder MAG-Schweißen, zum Punktschweißen sowie zum Kleben, zum Nieten und zum Durchsetzfügen von Werkstücken, zum Einsatz kommen. The invention can be applied to any joining method, in particular for laser welding, for MIG or MAG welding, for spot welding as well as for gluing, for riveting and for joining workpieces.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung (1,1', 1") zum Verbinden von mindestens zwei Werkstücken (2 , 2 ' , 2" , 3 , 3 ' , 3" ) , - mit einem mittels eines ersten Roboters (5, 5', 5", 5b) bewegbaren Fügewerkzeug (7, 7', 7", 7b) und einer ersten Programmsteuerung zur Bewegungssteuerung des Roboters (5, 5', 5", 5b) und zum Aktivieren des Fügewerkzeugs (7, 7', 7", 7b) , - mit einem mittels eines zweiten Roboters (9, 9 ',9", 9b) bewegbaren Spannwerkzeug (11, 11 ', 11" , 11b) und einer zweiten Programmsteuerung zur Bewegungssteuerung des Roboters (9, 9', 9", 9b) und zum Betätigen des Spannwerkzeugs (11, 11' , 11" , 11b) , - wobei die beiden Programmsteuerungen miteinander gekoppelt sind.1. Device (1,1 ', 1 ") for connecting at least two workpieces (2, 2', 2", 3, 3 ', 3 "), - with one by means of a first robot (5, 5', 5 ", 5b) movable joining tool (7, 7 ', 7", 7b) and a first program control for movement control of the robot (5, 5', 5 ", 5b) and for activating the joining tool (7, 7 ', 7", 7b), - with a clamping tool (11, 11 ', 11 ", 11b) which can be moved by means of a second robot (9, 9', 9", 9b) and a second program control for controlling the movement of the robot (9, 9 ', 9 ") , 9b) and for actuating the clamping tool (11, 11 ', 11 ", 11b), - the two program controls being coupled to one another.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Fügewerkzeug (7, 7', 7", 7b) eine Schweißvorrichtung, insbesondere ein Laserschweißkopf, ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the joining tool (7, 7 ', 7 ", 7b) is a welding device, in particular a laser welding head.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Spannwerkzeug (11, 11", 11b) zum Transport der beiden Werkstücke (2, 2", 3, 3") ausgebildet ist. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the clamping tool (11, 11 ", 11b) is designed for transporting the two workpieces (2, 2", 3, 3 ").
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Spannwerkzeug (11, 11", 11b) Spannelemente (13,13") zum Fixieren der Werkstücke (2, 2", 3, 3") aufweist .4. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the clamping tool (11, 11 ", 11b) has clamping elements (13, 13") for fixing the workpieces (2, 2 ", 3, 3").
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Spannwerkzeug (11, 11' , 11" , 11b) Mittel (14,15) zur positionsgenauen Ausrichtung gegenüber mindestens einem der beiden Werkstücke (2,3) aufweist.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping tool (11, 11 ', 11 ", 11b) has means (14, 15) for precise alignment with respect to at least one of the two workpieces (2, 3).
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Spannwerkzeug (11') zum lokalen Fixieren zweier mittels Laserschweißen zu verbindenden Bleche (2 ',3') mit mindestens einem Druckelement (24) versehen ist, mit dessen Hilfe im Verbindungsbereich (18') ein Fügespalt (26) zwischen den beiden Blechen (2', 3') auf ein vorgegebenes Maß (27) einstellbar ist.6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that the clamping tool (11 ') for locally fixing two sheets to be connected by means of laser welding (2', 3 ') is provided with at least one pressure element (24), with the aid of which in the connection area ( 18 ') a joining gap (26) between the two sheets (2', 3 ') can be set to a predetermined dimension (27).
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Vorrichtung (1,1') ein weiteres, mit Hilfe eines weiteren Roboters (9a, 9a') bewegbares Spannwerkzeug (11a, 11a') und eine weitere Programmsteuerung zur Bewegungssteuerung des weiteren Roboters (9a, 9a') und zum Betätigen des weiteren Spannwerkzeugs (11a, 11a') umfasst, — wobei die weitere Programmsteuerung mit der Programmsteuerung des ersten und/oder des zweiten Roboters (5b, 9b, 5' , 9' ) gekoppelt ist. 7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device (1, 1 ') has a further clamping tool (11a, 11a') which can be moved with the aid of a further robot (9a, 9a ') and a further program control for motion control of the further robot (9a, 9a ') and for actuating the further clamping tool (11a, 11a'), - wherein the further program control with the program control of the first and / or the second robot (5b, 9b, 5 ', 9') is coupled.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Vorrichtung (1) ein weiteres, mit Hilfe eines weiteren Roboters (5a) bewegbares Fügewerkzeug (7a) und eine weitere Programmsteuerung zur Bewegungssteuerung des weiteren Roboters (5a) und zum Aktivieren des weiteren Fügewerkzeugs (7a) umfasst, - wobei die weitere Programmsteuerung mit der Programmsteuerung des ersten und/oder des zweiten Roboters (5b, 9a, 9b) gekoppelt ist.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device (1) a further, with the help of another robot (5a) movable joining tool (7a) and a further program control for movement control of the further robot (5a) and for activation of the further joining tool (7a), - the further program control being coupled to the program control of the first and / or the second robot (5b, 9a, 9b).
9. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verbinden der Werkstücke (2,3) mit Hilfe eines Hybridschweißverfahrens das erste Fügewerkzeug (7b) ein Laserschweißkopf und das weitere Fügewerkzeug (7a) ein nach einem anderen Verfahren, insbesondere dem Lichtbogenschmelzschweißen, arbeitender Schweißkopf ist.9. The device according to claim 2 and 8, characterized in that for connecting the workpieces (2, 3) with the aid of a hybrid welding method, the first joining tool (7b) is a laser welding head and the further joining tool (7a) is one using another method, in particular arc fusion welding , working welding head.
10. Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Werkstücken (2, 2", 3, 3") , - bei welchem die Werkstücke (2, 2", 3, 3") mit Hilfe eines Fügewerkzeugs (7, 7", 7b) verbunden werden, welches mit Hilfe eines ersten Roboters (5, 5", 5b) räumlich bewegt wird, - und bei welchem die zu verbindenden Werkstücke (2, 2", 3, 3") mit Hilfe eines zweiten Roboters (9, 9", 9b) räumlich bewegt werden, - wobei die Bahnbewegung des ersten Roboters (5, 5", 5b) und die Bahnbewegung des zweiten Roboters (9, 9", 9b) aneinander gekoppelt sind.10. Method for connecting at least two workpieces (2, 2 ", 3, 3"), - in which the workpieces (2, 2 ", 3, 3") are connected using a joining tool (7, 7 ", 7b) which is moved spatially with the aid of a first robot (5, 5 ", 5b), and in which the workpieces (2, 2", 3, 3 ") to be connected are moved with the aid of a second robot (9, 9", 9b) are moved spatially, - the path movement of the first robot (5, 5 ", 5b) and the path movement of the second robot (9, 9", 9b) being coupled to one another.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden der Werkstücke (2, 2", 3, 3") zeitlich mit der Bewegung der Werkstücke (2, 2", 3, 3") überlappt.11. The method according to claim 10, characterized in that the connection of the workpieces (2, 2 ", 3, 3") overlaps with the movement of the workpieces (2, 2 ", 3, 3").
12. Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Werkstücken (2', 3') , - bei welchem ein Fügewerkzeug (7') mit Hilfe eines ersten Roboters (5') räumlich bewegt wird, - und bei welchem die zu verbindenden Werkstücke (2 ',3') mit Hilfe eines an einem zweiten Roboter (9', 9a') befestigten Spannwerkzeugs (11' , 11a' , 24) relativ zueinander gespannt werden, - wobei die Bahnbewegung des ersten Roboters (5') und die Bahnbewegung des zweiten Roboters (9', 9a') aneinander gekoppelt sind.12. Method for connecting at least two workpieces (2 ', 3'), - in which a joining tool (7 ') is moved spatially with the aid of a first robot (5'), - and in which the workpieces (2 ') to be connected , 3 ') are clamped relative to each other with the aid of a clamping tool (11', 11a ', 24) attached to a second robot (9', 9a ') - the path movement of the first robot (5') and the path movement of the second Robots (9 ', 9a') are coupled to one another.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke (2 , 2 ' , 2" , 3 , 3 ' , 3") mit Hilfe eines Schweißverfahrens miteinander verbunden werden.13. The method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the workpieces (2, 2 ', 2 ", 3, 3', 3") are connected to one another with the aid of a welding process.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke (2, 2 ' , 2" , 3 , 3 ' , 3") mit Hilfe des Laserschweißens miteinander verbunden werden.14. The method according to claim 13, characterized in that the workpieces (2, 2 ', 2 ", 3, 3', 3") are connected to one another with the aid of laser welding.
15. Verfahren nach Anspruch 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke (2", 3") zunächst geheftet werden und anschließend durch Laserschweißen verbunden werden.15. The method according to claim 12 and 14, characterized in that the workpieces (2 ", 3") are first stapled and then connected by laser welding.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke (2", 3") mit Hilfe des Punktschweißens geheftet werden. 16. The method according to claim 15, characterized in that the workpieces (2 ", 3") are stapled with the aid of spot welding.
7. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet , dass die Werkstücke (2", 3") während des Heftens stationär gehalten und während des Laserschweiß-Verbindens bewegt werden. 7. The method according to claim 15 or 16, characterized in that the workpieces (2 ", 3") are held stationary during stapling and moved during the laser welding connection.
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